(57)【要約】【課題】小型、低コストで、信頼性の高いモーター制御装置を提供する。【解決手段】直流電源２２の正極と負極との間に３相ブリッジ接続され、出力側にモーター２５が接続される上アームと下アームの各スイッチング素子１〜６、上アームと下アームの各スイッチング素子１〜６にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード７〜１２、上アームの各スイッチング素子１〜３をそれぞれ駆動する高圧側駆動回路１３〜１５、下アームの各スイッチング素子４〜６を介して流れるモーター２５の電流を検出する電流検出用抵抗２０及び増幅回路２１を有するインバータ回路と、上アームと下アームの各スイッチング素子１〜６の駆動信号を生成する制御部１９とを備え、下アームの各スイッチング素子４〜６を制御部１９の制御電圧の範囲内で駆動するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の正極と負極との間に３相ブリッジ接続され、出力側にモーターが接続される上アームと下アームの各スイッチング素子、上アームと下アームの各スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード、上アームの各スイッチング素子をそれぞれ駆動する駆動回路、下アームの各スイッチング素子及び前記ダイオードを介して流れるモーターの電流を検出する電流検出手段を有するインバータ回路と、
上アームと下アームの各スイッチング素子の駆動信号を生成する制御部とを備え、
下アームの各スイッチング素子として制御部の制御電圧で駆動可能なものを用いたことを特徴とするモーター制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、駆動回路を介在させないで前記下アームの各スイッチング素子に駆動信号を出力して駆動することを特徴とする請求項１記載のモーター制御装置。
【請求項３】
前記インバータ回路及び前記制御部を１つのパッケージで構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のモーター制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のモーター制御装置を備えたことを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れかに記載のモーター制御装置を備えたことを特徴とする家電機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧を交流電圧に変換しモーターに電圧を印加するインバーター回路とそれを制御する制御部を備えたモーター制御装置、この制御装置を用いた冷凍空調装置及び家電機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のインバータ回路は、直流電源の正極と負極の間に３相ブリッジに接続された上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴ）と、この６個のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続されたフライホイールダイオードと、上アームスイッチング素子のゲートに接続された高圧側駆動回路と、下アームスイッチング素子のゲートに接続された低圧側駆動回路とで構成されている。マイコン等の制御部から駆動信号が高圧側駆動回路と低圧側駆動回路に出力されると、前述の各スイッチング素子がオン／オフされ上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の接続点からモーターに電圧が供給される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６７５６０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のインバータ回路は、マイコン等の制御部からスイッチング素子に出力される駆動信号の電圧とスイッチング素子のオン／オフ動作電圧のレベルが異なるため、下アームスイッチング素子を制御部にて制御する際、制御部とスイッチング素子のゲート間に駆動信号の電圧を変換するための低圧側駆動回路が接続されている。例えば、制御部であるマイコンの制御電源がＤＣ５Ｖの場合、スイッチング素子の駆動信号を出力する出力ポートはマイコンの制御電源以下のＨ信号とＬ信号を出力することができ、Ｈ信号はＤＣ約５Ｖ、Ｌ信号は約０Ｖとなり、これらＨ信号やＬ信号によりスイッチング素子を制御するのであるが、スイッチング素子のオン動作電圧が例えばＤＣ１５Ｖの場合、マイコンの駆動信号と電圧レベルが異なるため、電圧レベルを変換する低圧側駆動回路が必要となる。この場合、低圧側駆動回路の部品分コストがかかり、また、低圧側駆動回路の部品を基板等に実装する際に広いスペースが必要となるという課題がある。
【０００５】
また、低圧側駆動回路は、多くの部品で構成されているため、各部品の動作に遅れが発生することにより、制御部からの駆動信号が出力されてから実際に下アームスイッチング素子が動作するまでに遅れが生じるという課題がある。また、動作遅れのため上アームと下アームの各スイッチング素子の短絡を防止するデッドタイムの設定の制約が大きくなっている。
【０００６】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、小型、低コストで、信頼性の高いモーター制御装置、この制御装置を用いた冷凍空調装置及び家電機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るモーター制御装置は、直流電源の正極と負極との間に３相ブリッジ接続され、出力側にモーターが接続される上アームと下アームの各スイッチング素子、上アームと下アームの各スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード、上アームの各スイッチング素子をそれぞれ駆動する駆動回路、下アームの各スイッチング素子及びダイオードを介して流れるモーターの電流を検出する電流検出手段を有するインバータ回路と、上アームと下アームの各スイッチング素子の駆動信号を生成する制御部とを備え、下アームの各スイッチング素子として制御部の制御電圧で駆動可能なものを用いるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、制御部と下アームのスイッチング素子の間に駆動信号の電圧を変換する駆動回路を配置しない構成としたので、モーター制御装置の回路を簡素化でき、このため、コストを下げることができ、また、回路が基板に占める面積を縮小でき、回路動作の遅れを抑制することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の実施の形態に係るモーター制御装置を示す回路図である。
図１において、上アームスイッチング素子１，２，３と下アームスイッチング素子４，５，６は、ＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴなどの電力用半導体素子からなり、直流電源２２の正極と負極との間に３相ブリッジ接続されている。３相ブリッジ接続による各接続点は、本制御装置の出力端子(図示せず)を介してモーター２５に接続される。前述した６個のスイッチング素子１〜６には、環流時の逆方向電流を流すフライホイールダイオード７〜１２が並列に接続されている。
【００１０】
上アームスイッチング素子１，２，３のゲートには、それぞれ高圧側駆動回路１３，１４，１５が接続されている。高圧側駆動回路１３，１４，１５は、直流電源２３が接続され、制御部１９からの駆動信号の電圧レベルを上アームスイッチング素子１，２，３のオン動作電圧に変換する。この高圧側駆動回路１３，１４，１５は、一般的にＨＶＩＣと呼ばれ、回路構成としては公知のものである。下アームスイッチング素子４，５，６のゲートには、各ゲートに流れる電流を調整する抵抗１６，１７，１８が接続されている。この抵抗１６，１７，１８により下アームスイッチング素子４，５，６の立上りや立下りなどの応答時間が調整されている。なお、抵抗に代えてダイオードやコンデンサ等の回路素子でも良い。また、抵抗などの回路素子をスイッチング素子のゲートと出力端子間に接続しても良い。
【００１１】
電流検出用抵抗２０は、例えばシャント抵抗よりなり、一端が直流電源２２の負極に接続され、他端が下アームスイッチング素子４，５，６の接続点に接続されている。この電流検出用抵抗２０に流れる電流から発生する電圧を増幅する増幅回路２１が制御部１９と電流検出用抵抗２０の入力端との間に挿入されている。なお、増幅回路２１に代えてフィルタ回路を用いても両回路で構成しても良い。前記の電流検出用抵抗２０と増幅回路２１とで電流検出手段が構成されている。
【００１２】
前述した上アームと下アームの各スイッチング素子１〜６、この６個のスイッチング素子に逆並列に接続されたフライホイールダイオード７〜１２、上アームスイッチング素子１，２，３をそれぞれ駆動する高圧側駆動回路１３，１４，１５、下アームスイッチング素子４，５，６のゲートにそれぞれ接続された抵抗１６，１７，１８、電流検出用抵抗２０，増幅回路２１などの各部品でインバータ回路が構成されている。
【００１３】
制御部１９は、マイコンやＤＳＰなどで構成され、上アームと下アームの各スイッチング素子１〜６のオン／オフを制御する駆動信号を生成する。下アームスイッチング素子４，５，６をオン／オフ制御するための駆動信号の電圧レベルは、直流電源２４の電圧レベル以下である。例えば、制御部１９の制御電圧である直流電源２４の電圧がＤＣ５Ｖの場合、下アームスイッチング素子４，５，６の駆動信号も０〜５Ｖである。このため、下アームスイッチング素子４，５，６には、０〜５Ｖの電圧範囲内でオン／オフする電力用半導体素子が用いられている。
【００１４】
従来例と構成上で異なるのは、下アームスイッチング素子４，５，６をオン／オフ制御するための駆動信号の電圧レベルが直流電源２４の電圧レベル以下である点と、下アームスイッチング素子４，５，６に低圧側駆動回路が接続されていない点である。
【００１５】
次に動作について説明する。
制御部１９は、汎用出力ポートから直流電源２４の電圧以下のＨ信号とＬ信号(駆動信号)を出力する。前述したように制御電源２４がＤＣ５Ｖの場合、Ｈ信号は約５Ｖ、Ｌ信号は約０Ｖとなる。上アームスイッチング素子１，２，３においては、高圧側駆動回路１３，１４，１５によって変換されたオン動作電圧のＨ信号と約０ＶのＬ信号の入力に基づいてオン／オフし、下アームスイッチング素子４，５，６においては、約５ＶのＨ信号と約０ＶのＬ信号の入力に基づいてオン／オフし、直流電源２２の直流電圧を交流電圧に変換してモーター２５に供給する。駆動信号のＨやＬといった論理とスイッチング素子のオン／オフの関係はスイッチング素子１〜６の特性により決まる。
【００１６】
このように構成されたモーターの制御装置においては、制御部１９と下アームスイッチング素子４，５，６との間にはゲートに流れ込む電流を調整する抵抗１６，１７，１８などごく少数の部品しかないため、構成部品が少なく部品コストが少なくてすみ、また、これらの部品を基板に実装する際には部品が基板に占める実装面積を小さくすることができる。
【００１７】
また、制御部１９からの駆動信号が出力されてから実際に下アームスイッチング素子４，５，６の状態が切り換わるまでの遅れ時間が小さく高速なスイッチング動作が可能となる。それにより、スイッチング損失が抑えられ省エネにつながる。
【００１８】
また、遅れ時間が大きくなるとモーター２５の電流とインバータ回路からの出力電圧の位相ずれ大きくなり、モーター損失が増加するが、それも抑えることができ結果として省エネ制御が可能となる。
【００１９】
さらに、高速なスイッチング動作が可能となるため、上アームと下アームの各スイッチング素子１〜６の短絡を防止するデッドタイムを極限まで小さく設定することができる。
【００２０】
なお、本実施の形態では、下アームスイッチング素子４，５，６を制御部１９の制御電圧以下でオン／オフさせるようにしたが、上アームスイッチング素子１，２，３も制御部１９の制御電圧以下でオン／オフできるようなスイッチング素子で構成してもよい。このように構成した場合、高圧側駆動回路１３，１４，１５の直流電源２３と制御部１９の直流電源２４を共通にすることができるので、例えばＤＣ５Ｖだけといった単電源で制御可能なインバータ回路を実現することができ、また、それによりＤＣ電源回路の構成部品が少なくでき、部品コストを抑えることができる。また、これらの部品を基板に実装する際には部品が基板に占める実装面積を小さくすることができる。
【００２１】
また、図２の破線で示すように、上アームと下アームの各スイッチング素子１〜６、フライホイールダイオード７〜１２、高圧側駆動回路１３，１４，１５、抵抗１６，１７，１８、電流検出用抵抗２０，増幅回路２１などの各部品で構成されたインバータ回路と制御部１９を１つのパッケージで構成しても良い。
【００２２】
このように構成した場合、高集積化により小型化が可能になり、基板に実装する場合の作業が簡単で、基板占有面積を小さくすることができ、また、他の電子部品間の配線が容易になるなどの利点がある。
【００２３】
また、直流電源２２の電圧が高く、モーター２５に流れる電流が大きくなると、上アームと下アームの各スイッチング素子１〜６やフライホイールダイオード７〜１２の電流の導通／非導通の切り替わりの際、急峻な電流変化（ｄＩ／ｄｔが大）が発生する。基板配線パターンの引き回しによりパターンインダクタンス（Ｌ）が大きくなると、Ｌ×ｄＩ／ｄｔによるノイズが発生するため、電流検出用抵抗２０からの電流検出結果によりモーター２５の制御を行う場合などに、前記ノイズにより誤動作を起こす可能性が大きくなる。このノイズの発生を抑えるためには、配線パターンの引き回しを短くする必要があるため、前述したように各種部品を１つのパッケージに組み込んで配線パターンを短くすれば、ノイズ耐力も上がりモーター制御装置の信頼性も向上する。
【００２４】
また、本実施の形態では、下アームスイッチング素子４，５，６と直流電源２２の負極の間に電流検出用抵抗２０を設け、この電流検出用抵抗２０に流れる電流から発生する電圧を増幅する増幅回路２１を設けたことを述べたが、図３に示すように、下アームスイッチング素子４，５，６に電流検出用抵抗２７〜２９をそれぞれ接続し、電流検出用抵抗２７，２８，２９の反対側の端子を直流電源２２の負極に接続し、また、電流検出用抵抗２７，２８，２９それぞれに増幅回路２１(又はフィルタ回路）を設けるようにしても良い。このように構成した場合、図２で述べた効果に加えて、電流検出用抵抗２７，２８，２９が多いため、電流をより高精度に検出でき、信頼性の高いモーター制御が可能となる。
【００２５】
以上のように構成されたモーター制御装置を、エアコンや冷蔵庫などの冷凍空調装置に設けられた圧縮機やファンモーターの制御や、洗濯機、掃除機等の家電機器に設けられたモーターの制御に使用することができ、それにより安価な構成で信頼性が高く、省エネを実現したモーターの制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係るモーター制御装置を示す回路図である。
【図２】実施の形態の他の例を示すモーター制御装置の回路図である。
【図３】実施の形態の他の例を示すモーター制御装置の回路図である。
【符号の説明】
【００２７】
１，２，３  上アームスイッチング素子、４，５，６  下アームスイッチング素子、
７，８，９，１０，１１，１２  フライホイールダイオード、１３，１４，１５  高圧側駆動回路、１６，１７，１８  抵抗、１９  制御部、２０  電流検出用抵抗、２１  増幅回路、２２  直流電源、２３  高圧側駆動回路用の直流電源、２４  制御部用の直流電源、２５  モーター、２６  パッケージ、２７，２８，２９  電流検出用抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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